熱電阻偶原理及區(qū)別

1、熱電阻工作原理 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即rt=rt01+(t-t0)式中，rt為溫度t時的阻值;rt0為溫度t0(通常t0=0)時對應(yīng)電阻值;為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為rt=aeb/

2、t式中rt為溫度為t時的阻值;a、b取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上)，但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有-50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。熱電阻材料熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻種類(1)精密型熱電阻：工業(yè)常用熱電阻感溫元件(電阻體)的

3、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。(2)鎧裝熱電阻：鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊;能彎曲，便于安裝;使用壽命長。(3)端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際

4、溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。(4)隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于blab3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個性質(zhì)，但并不是都能用作測溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大(在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸)、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系(最好呈線性關(guān)系)。目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是

5、鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。中國最常用的有r0=10、r0=100和r0=1000等幾種，它們的分度號分別為pt10、pt100、pt1000;銅電阻有r0=50和r0=100兩種，它們的分度號為cu50和cu100。其中pt100和cu50的應(yīng)用最為廣泛。熱電阻的信號連接方式熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定

6、的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。目前熱電阻的引線主要有三種方式1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合2三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。3四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流i，把r轉(zhuǎn)換成電壓信號u，再通過另兩根引線把u引至二次

7、儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。這是因?yàn)闇y量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導(dǎo)線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。工業(yè)上一般都采用三線制接法。熱電偶產(chǎn)生的是毫伏信號，不存在這個問題。熱電阻測溫系統(tǒng)的組成(1)熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。

8、必須注意以下兩點(diǎn)：熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。(2)鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小;機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊;能彎曲，便于安裝使用壽命長。(3)端面熱電阻端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。(4)隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻

9、通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。熱電偶工作原理 熱電偶具有簡單、可靠、測量精度較高等特點(diǎn)，是一種應(yīng)用廣泛的測溫元件，工業(yè)生產(chǎn)中的許多儀器設(shè)備都要用熱電偶測溫、控溫，在熱加工中熱電偶的應(yīng)用更是必不可少，另外在汽車、家用電器中也經(jīng)常使用熱電偶。 熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電

10、勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 將不同材料的導(dǎo)體a、b接成閉合回路（圖1a），接觸點(diǎn)的一端稱測量端，一端稱參比端。若測量端和參比端所處溫度t和t0 不同，則在回路的a、b之間就產(chǎn)生一熱電勢eab(t，t0 )，因而在回路中形成一個電流，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)，即熱電效應(yīng)。eab大小隨導(dǎo)體a、b的材料和兩端溫度t和t0 而變，這種回路稱為原

11、型熱電偶。 在實(shí)際應(yīng)用中（圖1b），將a、b的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度 t處，而將參比端分開，用導(dǎo)線接入顯示儀表，并保持參比端接點(diǎn)溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度t變化。 熱電偶的特點(diǎn) 1、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 2、測量范圍廣。常用的熱電偶從-50 1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) 2800（如鎢-錸）。 3、構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴

12、金屬時），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t00時對測溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100。熱電偶回路的四個基本定則 均質(zhì)導(dǎo)體定則 由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電

13、勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。 可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。 中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體（第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。 應(yīng)用：依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。 有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mv值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢會使測量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個定律，是沒有這個誤差的！ 中間溫度定則 熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為t、t0

14、）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為t、tn時的熱電勢與在溫度為tn、t0時的熱電勢的代數(shù)和。tn稱中間溫度。 應(yīng)用：由于熱電偶e-t之間通常呈非線性關(guān)系，當(dāng)冷端溫度不為0時，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢e（t,t0）直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢e（t,t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律 參考電極定則 這個定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。 常用

15、熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。 非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。補(bǔ)償導(dǎo)線法 補(bǔ)償導(dǎo)線法是利用0150 范圍內(nèi)與熱電極熱電特性相同的廉價金屬材料，將熱電偶的冷端延伸到溫度更接近于0 且穩(wěn)定的地方，如圖1所示。圖中a、b為熱電極，a、b為補(bǔ)償導(dǎo)線，c為第三種導(dǎo)體。 利用補(bǔ)償導(dǎo)線，無論熱電偶的實(shí)際冷端溫度如何變化，消除了指示誤差，完成了冷端溫度補(bǔ)償。 導(dǎo)線補(bǔ)償法花費(fèi)較低，但仍需要一個接近于零度

16、的恒溫環(huán)境，所以此方法也不適用于箱式爐自動控溫系統(tǒng)。 區(qū)別:1.雖然都是接觸式測溫儀表,但它們的測溫范圍不同,熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境,如鉑銠30-鉑銠6(b型)測量范圍為300度1600度,短期可測1800度.s型測一201300(短期1600),k型測一501000, (短期1200).xk型一50600(800),e型一40800(900).還有j型,t型等.這類儀表一般用于500度以上的較高溫度,因它們在中,低溫區(qū)時輸出熱電勢很小(查表可以看一下),當(dāng)電勢小時,對抗干擾措施和二次表和要求很高,否則測量不準(zhǔn),還有,在較低的溫度區(qū)域,冷端溫度的變化和環(huán)境溫度的變化所引起的相對誤差就顯得很

17、突出,不易得到全補(bǔ)償。這時在中低溫度時，一般使用熱電阻測溫范圍為一200500,甚至還可測更低的溫度(如用碳電阻可測到1k左右的低溫).現(xiàn)在正常使用鉑熱電阻pt100,(也有pt50,100和50代表熱電阻在0度時的阻值,在舊分度號中用ba1,ba2來表示,ba1在0度時阻值為46歐姆,在工業(yè)上也有用銅電阻,分度號為cu50和cu100,但測溫范圍較小,在一50150之間.在一些特殊場合還有銦電阻,錳電阻 等)2.熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應(yīng).二次表是一個檢伏計(jì)或?yàn)榱颂岣呔葧r使用電子電位差計(jì).電阻是基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的,二次表是一個不平衡電橋.3.由熱電偶

18、測溫原理可知,只有在其冷端溫度恒定時,被測溫度才與熱電勢成單值函數(shù)關(guān)系.在實(shí)際使用中,就用一種熱電特性與相應(yīng)熱電偶特性相似的廉價的連接導(dǎo)線(也稱為補(bǔ)償導(dǎo)線),使熱電偶冷端引伸到溫度相對恒定的地方(最好為0度),如用銅-康銅做補(bǔ)償導(dǎo)線來引申鎳鉻-鎳硅熱電阻.因此,熱電偶到二次表延長線是兩根.熱電阻與二次表之間是用銅導(dǎo)線連接的,為了減小環(huán)境變化引起的測量誤差,一般均采用三線制接法,其中有兩根導(dǎo)線將熱電阻串聯(lián)于相鄰的兩個橋臂上,另一根導(dǎo)線是引來電源.使用時要求每根導(dǎo)線的電阻值與調(diào)整電阻之和都保證為5歐姆(±0.01).工作中的現(xiàn)場判斷.1.熱電偶. 熱電偶有正負(fù)極,補(bǔ)償導(dǎo)線也有正負(fù)之分.首

19、先保證連接,配置確.在運(yùn)行中,常見的有短路,斷路,接觸不良(有萬用表可判斷)和變質(zhì)(根據(jù)表面顏色來鑒別).檢查時,要使熱電偶與二次表分開.我在實(shí)踐中判斷的方法,供大家參考:用工具短接二次表上的補(bǔ)償線,表指示室溫(不是的話,表壞),再短接熱電偶接線端子,表批示熱電偶所在的環(huán)境溫度(不是,補(bǔ)償線有故障),再用萬用表mv檔大體估量熱電偶的熱電勢(如正常,請檢查工藝).2.熱電阻.不外乎短路,和斷路.用萬用表可判斷.在運(yùn)行中.懷疑短路,只要將電阻端拆下一個線頭,看顯示儀表,如到最大,熱電阻短路.回零,導(dǎo)線短路.保證正常連接和配置時,表值顯示低或不穩(wěn),保護(hù)管可能性進(jìn)水了.顯示最大,熱電阻斷路.顯示最小,

20、短路.一般來說，溫度在300度以下的用熱電阻，300度以上的用熱電偶。隨著溫度的變化，熱電阻的阻值會發(fā)生變化，熱電偶的熱電勢會發(fā)生變化。熱電阻目前都采用銅熱電阻和鉑熱電阻，根據(jù)0度時熱電阻值的不同又分為不同的分度號，如pt100,pt1000,cu50等，以pt100為例，pt代表鉑，100代表0度時熱電阻的阻值是100歐姆。熱電偶目前大體上有k,b,s等分度號，分別代表不同的材質(zhì)，以用于不同的溫度范圍。例如：k型為鎳鉻-鎳硅材材，一般測量0-800度，b型為鉑銠30-鉑銠6，一般測量800-1600度。在實(shí)際應(yīng)用中，熱電阻一般用三芯銅導(dǎo)線，用于去除導(dǎo)線的電阻值的影響，熱電偶使用兩芯專用補(bǔ)償導(dǎo)

21、線，用于去除熱電偶現(xiàn)場溫度的影響。熱電阻和熱電偶的區(qū)別 1、熱電阻的測量原理是什么？ 熱電偶工作原理是基于賽貝克（seeback）效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。熱電偶由兩根不同導(dǎo)線（熱電極）組成，它們的一端是互相焊接的，形成熱電偶的測量端（也稱工作端）。將它插入待測溫度的介質(zhì)中；而熱電偶的另一端 （參比端或自由端）則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢。 2.熱電偶的測量原理是什么？熱電阻是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的，熱電阻的受熱部

22、分（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻地繞在絕緣材料作成的骨架上或通過激光濺射工藝在基片形成。當(dāng)被測介質(zhì)有溫度梯度時，則所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層的平均溫度。3.什么是鎧裝熱電偶，有什么優(yōu)點(diǎn)？在iec1515的標(biāo)準(zhǔn)中名稱為mineral insulated thermocouple cable,即無機(jī)礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、絕緣物和護(hù)套通過整體拉制而形成的，外表面好像是被覆一層“鎧裝"，故稱為鎧裝熱電偶。同一般裝配式熱電偶相比，具有耐壓高、可彎曲性能好、抗氧化性能好及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。4.熱電偶的分度號有哪幾種?有何特點(diǎn)？熱電偶的分度號有主要有s、r、b、n、k、e、j、t

23、等幾種。其中s、r、b屬于貴金屬熱電偶，n、k、e、j、t屬于廉金屬熱電偶。s分度號的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1400，短期1600。在所有熱電偶中，s分度號的精確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；r分度號與s分度號相比除熱電動勢大15%左右，其它性能幾乎完全相同；b分度號在室溫下熱電動勢極小，故在測量時一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。它的長期使用溫度為1600，短期1800?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂?，也可在真空條件下短期使用。n分度號的特點(diǎn)是1300下高溫抗氧化能力強(qiáng)，熱電動勢的長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替s分度號熱電偶；k分度號的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1000，短期1200。在所有熱電偶中使用最廣泛；e分度號的特點(diǎn)是在常用熱電偶中，其熱電動勢最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度0-800；j分度號的特點(diǎn)是既可用